關于大跨度鋼結構施工時存在的問題及相關對策的研究

廣東杭蕭鋼構有限公司 向先云

關于大跨度鋼結構施工時存在的問題及相關對策的研究

廣東杭蕭鋼構有限公司 向先云

隨著市場經濟的發展和社會生產力的提高,建筑行業在我國等到了迅猛的發展,特別是大跨度鋼結構成為我國發展最迅速也最有特色的建筑類型,其廣泛應用于多功能體育場館,會議展覽中心,博覽館,候機廳,飛機庫等。因其跨度大、重量大、結構復雜為施工帶來了巨大的挑戰。本文通過工程實例,分析了大跨度鋼結構施工中的問題及重難點,并提出相應的解決措施。

大跨度鋼結構施工難點解決措施

一、大跨度鋼結構施工中吊裝點的確定方法

在進行大跨度平面和空間桁架結構的吊裝時,吊裝點的選擇是重點。不同位置、不同數量的吊裝點選擇,對吊裝單元內桿件的受力及變形可能有較大的差異。因此確定吊裝單元的吊裝點對結構的安全至關重要。工程中確定吊裝點的方法按照公式計算吊點位置,其計算公式為:

公式中各參數見下圖中的標識。

當吊裝單元的質量分面不均勻的時候,吊點的選擇不能簡單按照公式進行,需要得用有限元軟件(如ANSYS,SAP2000)進行質心的求解,從而作為吊裝點的選取依據。在工程實際中,利用有限元軟件分析,確定吊裝的方法使用較為普遍。

在制定大跨度鋼結構施工方案時,吊點的選取要要保證桁架在操作平面內的穩定,也要保證桁架不發生平面外失穩現象。吊點的分布越多,發生平面外失穩的概率就越低。下圖是在一個吊點、兩個吊點和三個吊點的情況下,吊裝操作的平面外的穩定狀況。可以通過ANSYS有限元軟件計算其平面外失穩荷載,進而判斷吊裝方案的可行性。

二、大跨度鋼結構施工中關于滑輪力學的問題及計算

在大跨度鋼結構施工中會使用的很多滑輪來完成吊裝過程,滑輪不僅能夠提升吊裝力而且方便吊裝的過程中在空中調整吊件的位置與方向。為了計算出滑輪滿足平衡狀態的力學分布,先在桁架的兩端分別加上一個連桿,并對其進行ANSYS有限元軟件計算,只有使桁架兩端水平連桿的內力的值為零才能滿足上述要求。可通過冷凍升溫結構分析方法分析滑輪結構的力學問題。

三、大跨度鋼結構施工中關于設置臨時支承架的問題

在大跨度鋼結構施工中,幾乎都需要設置臨時支承架,但是設置臨時支撐架會改變的結構的受力,從而影響到結構的安全,因此,在施工方案的制定中,需對支撐架的設置進行計算,確定支撐架的大小及支承位置。以澳門體育館為例,澳門體育館由鋼結構及期兩側支承鋼結構組成,施工時,首先進行拱腳基座和拱桁架第一段的安裝,然后安裝拱桁架的第二段。通過設置支撐架,完成拱段的拼接。拱段安裝完成,在拆除支撐架以前,經起重試驗結果表明,主桁架和拱腳基座安裝完成后,拱腳水平推力更大,拱腳設計不能達到施工標準要求。通過計算,在主拱下設置兩處臨時支撐架,可以減少在底板上的最大推力和垂直豎向的撓度值,方便主桁架間的順利連接。

四、大跨度鋼結構施工中關于拆撐過程中的安全問題

在大跨度鋼結構的形成過程中,必須進行設置臨時支撐柱。在所有的組件安裝到位之后,將所有臨時支撐柱進行拆除。在進行拆除臨時支撐柱的時候就是將結構的受力點轉移的和重新分配。拆除最后一個臨時支撐柱的結構是完全的設計狀態。臨時支撐柱拆除原:(1)由內部的受力系統轉換造成的內力變化緩慢的過程;(2在結構受力的各個部分的設計狀態應該是在彈性范圍內不允許構件發生永久變形;(3)支持拆卸容易控制,安全和可靠。

五、在大跨度鋼結構施工預應力張拉全過程計算及方法

預應力鋼是實現大跨度結構的最佳形式之一。通過預應力結構的力度變化可以調整力度分布,以改善內部力量和振幅內力分配結構,以達到增加大跨度鋼結構的剛性效果。預應力鋼結構設計和施工的預應力鋼關系非常密切。預應力鋼可分為兩大類,一類是完全提供預壓力的形式,如穹頂結構,網架結構,索膜結構,另一類是增加結構剛度的形式,如張弦梁結構,弦支穹頂結構。前一類的施工過程是由機構轉換為結構的過程,由于彈性剛度的變化,我們必須考慮幾何非線性的影響。第二種形式是混合的結構形式。

六、大跨度鋼結構施工中的過程跟蹤模擬計算方法

為確保大跨度鋼結構在安裝過程中的安全,往往需要根據施工的過程,采用計算軟件進施工模擬計算,以確保結構及其所有桿件在安裝的過程中滿足強度、剛度和穩定性要求。大跨度鋼結構的施工是一個持續的過程,在這個過程中,結構內部的桿件內力和位移是不斷變化的。對于每個階段的內力和位移計算,需要找到以下的施工過程中最危險的階段進行精確控制,以確保施工結構安全。此外,因為安裝過程中結構的位移會發生變化影響以后的處理,因此,加工中根據計算的結果設置一定的起拱值,來改善或避免這種影響。

七、大跨度鋼結構施工中柔性結構的成型問題及計算

索穹頂結構是張拉典型的圓頂空間結構體系,施工方法及計算其形狀是新結構在施工期間的主要問題的。圓頂從脊索,循環索,支撐桿和中心受拉力鋼環和外圈受壓力鋼環梁構成。按不同的順序和不同的預應力增加措施,使得結構逐步形成。在一般情況下,索穹頂結構只有兩種施工方法和順序:

(1)首先,拉中央桁架或者使中間拉力環提升至設計位置并用臨時施工塔架進行支承,結構定位在中間之后,然后由外圈開始向內張拉斜拉索。

(2)第一固定脊索、斜索與外環之間的連接,以及從外環開始向內斜索力進行提升,然后才能提內拉環。

八、結語

大跨度鋼結構建筑在中國已經進入了一個快速增長期,不僅設計上有很多技術性的問題有待解決,施工過程中遇到的技術挑戰也日益增多。施工過程中遇到的的建筑力學的許多問題,沒有系統的研究使得大跨度的鋼結構施工措施不盡科學。在本文中,我們對一些大跨度鋼結焦點結構工程的主要方面的問題施工力學研究,總結了經驗,應該注意到,一些技術問題,期望大跨度鋼結構建筑更加安全和經濟。

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